Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет)» Филиал ФГАОУ ВО «ЮУрГУ (НИУ)» в г. Златоусте Факультет техники и технологии Кафедра электрооборудования и автоматизации производственных процессов Расчет асинхронного двигателя серии 4A ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА К КУРСОВОМУ ПРОЕКТУ по дисциплине «Электрические машины» ФГАОУ ВО «ЮУрГУ (НИУ)» - 13.03.02.2022.950.20.00. ПЗ КП Нормоконтролер Руководитель проекта д.т.н., доцент Вигриянов П.Г. « » 2022 г. « » 2022г. Автор проекта студент группы ФТТз-433 « » Яныбаев А.Ф. 2022 г. Проект защищен с оценкой « » Златоуст 2022 2022 г. Министерство науки и высшего образования Российской Федерации Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет)» Филиал ФГАОУ ВО «ЮУрГУ (НИУ)» в г. Златоусте Факультет Техники и технологии Кафедра «Электрооборудование и автоматизация производственных процессов» З А Д А Н И Е Студент Яныбаев Артур Фаритович факультет техники и технологии, группа ФТТз - 433 направление подготовки 13.03.02 Электроэнергетика и электротехника по курсовому проекту "Расчет АД серии 4A" Вариант № 70 1. Тип и назначение машины 4AН280М8 2. Мощность 90 кВт 3. Напряжение: 4. Коэффициент мощности 0,86 5. Скорость вращения, частота 735 об/мин 6. КПД машины 92.5% 7. Перегрузочная способность 8. Кратность пускового момента 9. Кратность пускового тока (Ммакс/ Мном ) (Мпуск/ Мном ) (Iпуск/ Iном ) ПРЕПОДАВАТЕЛЬ: Вигриянов П.Г. Дата выдачи " "__________________________ 1,9 1,2 5,5 АННОТАЦИЯ Яныбаев А.Ф. Расчет асинхронного двигателя серии 4A. – Златоуст: ЮУрГУ, ФТТ; 2022, 51с. 5ил., Библиографический список–6 наим., Графическая часть, 2 листа чертежа ф. А1. Спецификация на 2 листах ф. А4 В курсовом проекте выполнен расчет электрической машины переменного тока 4AН280М8. Проведены расчеты главных размеров, расчет размеров ротора, расчет размеров статора, расчет магнитной цепи, расчет эксплуатационных показателей. В графической части проекта выполнен чертеж общего вида проектируемой машины, а также построены графики рабочие и пусковые характеристики. Полученные параметры максимально приближенны к заданным. 13.03.02.2022.950.20.00. ПЗ КП Изм. Лист № докум. Разраб. Яныбаев А.Ф. Провер. Вигриянов П.Г Реценз. Н. Контр. Утверд. Подпись Дата Лит. Двигатель асинхронный 4AН280М8 Лист Листов 3 51 Филиал ФГАОУ ВО «ЮУрГУ (НИУ)» в г. Златоусте Кафедра ЭАПП СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ .............................................................................................................. 5 2 Анализ технического задания ............................................................................. 7 3. Определение главных размеров......................................................................... 8 3.1. Главные размеры .............................................................................................. 8 3.2 Определение числа пазов статора, числа витков и сечения обмотки статора ...................................................................................................................... 9 3.3 Расчет размеров зубцовой зоны статора и воздушного зазора .................. 13 4. Расчет ротора ..................................................................................................... 16 4.1. Воздушный зазор............................................................................................ 16 5. Расчет магнитной цепи ..................................................................................... 21 6. Параметры рабочего режима ........................................................................... 25 7. Расчет потерь ..................................................................................................... 31 8. Расчет рабочих характеристик ......................................................................... 34 9. Расчет пусковых характеристик ...................................................................... 37 10. Расчет пусковых характеристик с учетом влияния вытеснения тока и насыщения от полей рассеяния. .......................................................................... 41 11. Тепловой расчет .............................................................................................. 46 ЗАКЛЮЧЕНИЕ ..................................................................................................... 50 БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ................................................................. 51 13.03.02.2022.950.20.00. ПЗ КП Изм Лист № докум. Подпись Дата 4 ВВЕДЕНИЕ Асинхронные машины являются наиболее широко применяемыми в современных электроприводах, это самый распространенный вид электрических машин переменного тока. Как и любая электрическая машина, асинхронная машина обратима и может работать как в двигательном, так и в генераторном режимах. Однако преобладающее применение имеют асинхронные двигатели, составляющие основу современного электропривода. Области применения асинхронных двигателей очень впечатляющие – от привода устройств автоматики и бытовых электроприборов до привода крупного горного оборудования (экскаваторов, дробилок, мельниц и т.п.). Поэтому мощность асинхронных двигателей, выпускаемых электромашиностроительной промышленностью, составляет диапазон от долей ватт до тысяч киловатт при напряжении питающей сети от десятков вольт до 10 кВ. Наибольшее применение имеют трехфазные асинхронные двигатели, рассчитанные на работу от сети промышленной частоты (50 Гц). Неподвижная часть машины, называемая статором, представляет собой полый шихтованный цилиндр (сердечник статора) с продольными пазами на внутренней поверхности, располагаемый внутри одного из элементов оболочки машины, называемого станиной. В пазах сердечника статора уложена обмотка статора. Сердечник статора изготовлен из листовой электротехнической стали, которая в отличие от электротехнической стали силовых трансформаторов является изотропной. Как и в трансформаторе, листы электротехнической стали изолированы друг от друга. В рамках данного курсового проекта мне предлагается спроектировать асинхронный двигатель четвертой серии с характеристиками максимально приближенным к приведенным в техническом задании 13.03.02.2022.950.20.00. ПЗ КП Изм Лист № докум. Подпись Дата 5 Министерство науки и высшего образования Российской Федерации Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет)» Филиал ФГАОУ ВО «ЮУрГУ (НИУ)» в г. Златоусте Факультет Техники и технологии Кафедра «Электрооборудование и автоматизация производственных процессов» З А Д А Н И Е Студент ______________________________ факультет техники и технологии, группа _______________ направление подготовки 13.03.02 Электроэнергетика и электротехника по курсовому проекту "Расчет АД серии 4A" Вариант № _________ 1. Тип и назначение машины 4AН280М8 2. Мощность 90 кВт 3. Напряжение: При мощности Р2Н 110 кВт напряжение U1Л = 220/380 В, / Y. 4. Коэффициент мощности 0,86 5. Скорость вращения, частота 735 об/мин 6. КПД машины 92.5% 7. Перегрузочная способность (Ммакс/ Мном ) 1,9 8. Кратность пускового момента (Мпуск/ Мном ) 1,2 9. Кратность пускового тока (Iпуск/ Iном ) 5,5 ПРЕПОДАВАТЕЛЬ: Вигриянов П.Г. Дата выдачи " "__________________________ 13.03.02.2022.950.20.00. ПЗ КП Изм Лист № докум. Подпись Дата 6 2 Анализ технического задания В техническом задании приведено обозначение электрической машины 4AН280М8.Проведем подробный анализ этого типа для определения параметров проектируемого двигателя. Цифра 4 в обозначении типа электрической машины указывает, что серия проектируемого двигателя - четвертая. Буква А указывает, что необходимо спроектировать асинхронный двигатель. Буква Н указывает исполнение по степени защиты (защищенное исполнение). Исполнение двигателя по материалу станины и щитов: в обозначении электрической машины буква отсутствует, что значит, что щиты и станина чугунные или стальные. Высота оси вращения двигателя 280 миллиметров. Буква М означает, что выбирается средний установочный размер по длине станины 419 мм, согластно ГОСТ 19523-74. Цифра 8 в обозначении электрической машины означает, что выполняется двигатель с восьмью полюсами. Так как мы проектируем двигатель общего назначения, то выберем климатическое исполнение для умеренного климата и категорию размещения 3. Принимаем окончательно асинхронный двигатель четвертой серии, защищенный с короткозамкнутым ротором, стальными щитами и станиной, высотой оси вращения 280 миллиметров, со средним установочным размером, восьмиполюсный, климатическое исполнение для умеренного климата и категории размещения 3. Так как исполнение проектируемого двигателя по способу защиты от окружающей среды защищенное, то выбираем исполнение по способу защиты IP23. Проектирование двигателя серии 4А производится по расчетной методике, приведенной в [1]. Ссылки на рисунки, таблицы, формулы произведены на [1]. 13.03.02.2022.950.20.00. ПЗ КП Изм Лист № докум. Подпись Дата 7 3. Определение главных размеров 3.1. Главные размеры Высота оси вращения из технического задания h=280 мм. Для высоты оси вращения 280 мм наружный диаметр статора Da принимают из таблицы 6-1 [1] равным 520-530 мм. Внутренний диаметр сердечника статора: D kD DA , м (3.1) D 0, 735 0,520 0,382 м где kD 0,72 0,75 - коэффициент, характеризующий отношение внутреннего и внешнего диаметра асинхронного двигателя По таблице 6-7 [1] для двигателя с шестью полюсами выбираем значение KD в диапазоне от 0,72 до 0,75 равное 0,73. Полюсное деление: D 2p 0,382 8 ,м (3.2) 0,150 м Расчетная мощность P m I E P2 где кЕ 0,97 KE cos (3.3) - отношение ЭДС обмотки статора к номинальному напряжению, определено по (6-8) [1]; 92,5% - КПД двигателя по; cos 0,86 - коэффициент мощности по; P 90 103 0,97 109742 Вт 0,925 0,86 Электромагнитные нагрузки (предварительно) А1 42, 0 103 А/м, Вб 0,81 Тл. (6-12) [1],; Обмоточный коэффициент для двухслойной обмотки (предварительно) Kоб1 0,92 . 13.03.02.2022.950.20.00. ПЗ КП Изм Лист № докум. Подпись Дата 8 Расчетная длина магнитопровода: l P D K B K об1 A B (3.4) 2 n 2 f1 60 p (3.5) 2 l 2 3,14 50 78,54 рад/с. 4 109742 0, 275 м. 1,11 0,382 78,54 0,92 42000 0,81 2 В асинхронных двигателях, длина сердечников которых не превышает 250...300 мм, радиальные вентиляционные каналы не делают. Отношение l (3.6) 0, 275 1,83 . 0,150 Полученное значение соответствует допускаемому 1, 25 2, 25 определенному по рисунке (6-14,б) [1] для принятого исполнения машины. 3.2 Определение числа пазов статора, числа витков и сечения обмотки статора l1 –полная конструктивная длина статора; lcт1 – длина стали сердечника статора. l1 lcт1 l 0,275 м Сердечник собирают из отдельных отштампованных листов электротехнической стали марки 2312, толщиной 0,5 мм, с изолированием листов лакировкой. Коэффициент заполнения сталью kС=0,95. Обмотка двухслойная из жестких катушек. 13.03.02.2022.950.20.00. ПЗ КП Изм Лист № докум. Подпись Дата 9 Предварительные предельные значения зубцового деления: t1MAX 0,015 м – максимальная величина зубцового деления статора; t1MIN 0,012 м – минимальная величина зубцового деления (табл. 9.11 [1]). Число пазов статора: D D t1 max t1 min Z 1 min Z 1 max Z1max 0,382 0, 012 80 ; Z1min 0,382 0, 015 (3.7) 100 ; В пределах от 80 до 100 выбираем и принимаем Z1 =96, тогда число пазов на полюс и фазу q, найдем по формуле Число пазов на полюс и фазу: где q Z1 2 p m1 q 96 4 83 (3.8) m1 3 - число фаз; Принимаем двухслойную обмотку. Зубцовое деление статора (окончательно) t1 Z t1Z D 2 p m1 q 0,382 83 4 (3.9) 0, 0125 м. Номинальный ток в обмотке статора I1н P2 m1 U н cos (3.10) U н 220 В - фазное напряжение. 90 103 I1н 171, 42 А. 3 220 0,86 0,925 13.03.02.2022.950.20.00. ПЗ КП Изм Лист № докум. Подпись Дата 10 Число эффективных проводников в пазу статора при условии, что параллельные ветви в обмотке отсутствуют ( a 1 ) u п uп D A (3.11) I1н Z1 0,382 42000 171, 42 96 3, 065 Число эффективных проводников в пазу статора uп a uп (3.12) Принимаем a 2 . u п 2 3, 065 6,129 принимается значение u п 6 Окончательные значения: Число витков в фазе 1 1 u п Z1 2 a m1 (3.13) 6 96 48 . 2 23 Линейная нагрузка (окончательно) A A 2 I1н 1 m1 D (3.14) 2 171, 42 48 3 41,116 103 А/м. 0,382 Обмоточный коэффициент: по 3-4 [1] для двухслойной обмотки с q=4; K p1 0,958 K у 0,966 ; K об1 K p1 K у 0,958 0,966 0,925 Магнитный поток Ф Ф K E U1н 4 K B ω K об1 f1 0,98 220 21, 64 103 Вб. 4 1,11 48 0,925 50 13.03.02.2022.950.20.00. ПЗ КП Изм Лист № докум. Подпись Дата (3.15) 11 Индукция в воздушном зазоре (окончательно) B Ф p Ф l D l (3.16) 2 21,64 103 B 0,823 Тл. 0,382 0, 275 Значение магнитной индукции в воздушном зазоре Bδ =0,823 Тл расходится с принятым ранее значением равным 0,81 Тл менее чем на 3% Плотность тока в обмотке статора(предварительно) J1 J1 ( AJ1 ) A (3.17) ( AJ1 ) 215 109 5, 23 106 А/м2. 3 A 41,116 10 где AJ1 - произведение линейной нагрузки на плотность тока и определяется по рисунку 6-16, д [1], AJ1 215 109 А2/м3 Площадь поперечного сечения эффективного проводникаqэф, мм2, предварительно определяется по формуле 6-24 [1] I q эф1 1н (3.18) a J1 где J 1 - плотность тока в обмотке статора, А/м2. qэф1 171, 42 106 16,391 мм2. 6 2 5, 23 10 Сечение эффективного проводника. Принимаем число элементарных проводников nэл 1 , тогда qэл 16,391 16,391 1 По приложению П.3.2 [1] находим стандартный провод: ПЭТП 155 1 2,5 7,1 17, 2 мм2 ; 2, 62 7, 22 qЭЛ 17, 2 мм 2 Плотность тока в обмотке статора (окончательно). J1 J1 I1н a qэл nэл 171, 42 4,983 106 А/м2. 6 2 17, 2 110 13.03.02.2022.950.20.00. ПЗ КП Изм Лист № докум. Подпись Дата (3.19) 12 3.3 Расчет размеров зубцовой зоны статора и воздушного зазора Принимаем форму паза прямоугольную полузакрытую. Обмотку выполняем из подразделенных катушек; провод прямоугольный. Предварительные значения индукции: ВЗ1 1,7 1,95 Тл – среднее значение магнитной индукции в зубцах статора. табл. 9.12 [1]. Ширина зубца bz1 bz1 B t1 l Bz1 lст1 K c (3.20) 0,823 0, 0125 0, 275 6, 0 мм. 1,8 0, 275 0,95 Высота ярма статора ha ha Ва 1, 2 1, 4 Тл Ф 2 Ba lст1 K c (3.21) 21, 64 103 29, 6 мм. 2 1, 40 0, 275 0,95 – среднее значение магнитной индукции в зубцах статора. табл. 9.12 [1]. Предварительная ширина паза: bП t1Z 1 bZ 1min (3.22) bП 12,5 6,0 6,5 мм Предварительный размер провода по ширине паза: bэл 0,5 bП 2bИЗ bП (3.23) bэл 0,5 6,5 2 1,1 0,3 2,0 мм Высота зубца статора hZ hП bэл nэл hП hИЗ (3.24) hZ 7,1 4 5,5 34,0 мм 13.03.02.2022.950.20.00. ПЗ КП Изм Лист № докум. Подпись Дата 13 Рисунок 3.1 – Зубец и паз статора М5:1. Расчетные размеры зубцов статора при полуотрытых пазах: D 2 hШ hК bп , мм z1 382 2 1,0 3,0 bZ min 6,5 6, 2 мм 96 bZ min 13.03.02.2022.950.20.00. ПЗ КП Изм Лист № докум. Подпись Дата (3.25) 14 D 2hП bп , мм z1 382 2 34 bZ max 6,5 8, 2 мм 96 bZ max (3.26) 1 - проводниковая изоляция; 2 - катушечная изоляция; 3 - корпусная или пазовая изоляция; 4 - прокладка на дно паза; 5 - прокладка под клин; 6 прокладка между слоями; 7 - клин; Рисунок 3.2 - Паз статора с проводниками и изоляцией (М1:3) Составляем таблицу заполнения паза статора. Размеры паза в штампе (рис. 3.1) принимаем с учетом припусков Δbп=0,3мм и Δhп =0,3мм (табл. 9.14 [1]). Наименование Размер, мм по ширине паза по высоте паза Обмоточный провод изолированный 2,5х2 = 5,0 7,1x4 =28,4 2,5x7,1 Пазовая изоляция и допуск на 2,9 5,5 укладку Всего на паз без клина 8,0 34,0 Таблица 3.1 Заполнение паза статора. 13.03.02.2022.950.20.00. ПЗ КП Изм Лист № докум. Подпись Дата 15 4. Расчет ротора 4.1. Воздушный зазор Сердечник ротора собирают из отдельных отштампованных листов электротехнической стали марки 2312 толщиной 0,5 мм. Коэффициент заполнения сталью: кс=0,95 Воздушный зазор между статором и ротором: D 9 3 1 10 1.2 2 p (4.1) 0,382 9 3 1 10 0, 676 0, 7 мм. 1, 2 2 4 Число пазов ротора (табл. 9.18): Z 2 110 Внешний диаметр D2 D 2 (4.2) D2 382 2 0, 7 380, 6 мм. Длина магнитопровода l2 l1 275 мм. Зубцовое деление ротора tZ 2 tZ 2 D2 Z2 (4.3) 380, 6 10,9 мм. 110 Внутренний диаметр ротора равен диаметру вала, т.к. сердечник ротора непосредственно насаживается на вал D j DB K B Da (4.4) K B 0,23 по (ф. 9.19, с 385); D j DB 0, 23 520 120 мм. 13.03.02.2022.950.20.00. ПЗ КП Изм Лист № докум. Подпись Дата 16 Ток в обмотке ротора: I 2 K i I1 i (4.5) I 2 0,888 171, 42 2, 422 368,65 А где ki=0,2+0,8cos=0,2+0,8·0,86=0,888 – коэффициент, учитывающий влияние тока намагничивания на отношение I1/I2. i i 2 m1 1 K об1 Z 2 K ck (4.6) 2 3 48 0,925 2, 422 110 1 Площадь сечения стержней qc где I2 J2 (4.7) J 2 2,75 3,75 106 А/м2 - плотность тока в стержнях ротора. qс 368, 65 98,31 мм2. 3, 75 106 Паз ротора определяем по (рис. 9.40 б). Принимаем h ш 0,7 мм, bш 1,5 мм, hш 0,3 мм – размеры шлица. Ширина зубцов ротора: Bz 2 1,75-2,0 Тл. Выбираем по (т. 9.12); bz 2 bz 2 B t 2 l 2 Bz 2 lст 2 K c (4.8) 0,823 0, 0109 0, 275 0, 005 м. 1, 75 0, 275 0,95 Размеры паза b1 D2 2 hш 2 hш Z 2 bz 2 Z2 Z b12 2 4 qc 2 b2 Z2 2 13.03.02.2022.950.20.00. ПЗ КП Изм Лист № докум. Подпись Дата (4.9) (4.10) 17 h1 b1 b1 b2 Z 2 (4.11) 2 0,3806 2 0, 0007 2 0, 0003 110 0, 005 0, 0053 м. 110 110 0, 00532 4 98,31 10 6 2 b2 0, 0043 м. 110 2 h1 0, 0053 0, 0043 110 0, 0167 2 м. Уточняем ширину зубцов ротора по формулам D2 2 (hш h 'ш ) b1 b1 Z2 bZ' 2 bZ' 2 (4.12) 0,3806 2 (0, 0007 0, 0003) 0, 0053 0, 0053 0, 005 м 110 b b hП 2 h 'ш hш 1 h1 2 2 2 hП 2 0, 0003 0, 0007 b '''Z 2 b '''Z 2 (4.13) 0, 0053 0, 0043 0, 0167 0, 0225 м 2 2 D2 2 hП 2 b2 b2 Z2 (4.14) 0,3806 2 0, 0225 0, 0043 0, 0043 0, 005 м 110 Площадь сечения стержня (окончательно) qc qc 8 8 12 b b h b12 b22 5,32 4,32 1 2 1 (4.15) 1 5,3 4,3 16, 7 98,31 мм2. 2 Плотность тока в стержнях J2 J2 I2 qc 368, 65 3, 75 106 А/м2. 6 98,3110 13.03.02.2022.950.20.00. ПЗ КП Изм Лист № докум. Подпись Дата (4.16) 18 Рисунок 4.1 – Паз и зубец ротора М5:1. Ток в замыкающих кольцах I кл I2 p 2 sin Z 2 I кл (4.17) (4.18) 368, 65 1617, 0 А. 4 2 sin 110 Плотность тока в замыкающих кольцах J кл 0,85 J 2 (4.19) J кл 0,85 3, 75 106 3,188 106 А/м2. 13.03.02.2022.950.20.00. ПЗ КП Изм Лист № докум. Подпись Дата 19 Площадь поперечного сечения замыкающих колец q кл qкл I кл J кл (4.20) 1617,0 507, 29 мм2. 6 3,188 10 Размеры короткозамкнутых колец hкл 1,25 hп 2 b кл q кл h кл Dкл ,ср D2 hкл (4.21) (4.22) (4.23) hкл 1, 25 22,5 28,1 мм. bкл 507, 29 18,1 мм. 28,1 Dкл ,ср 380, 6 28,1 352,5 мм. Рисунок 4.2 – Замыкающие кольца короткозамкнутого ротора с литой обмоткой (2:1). 13.03.02.2022.950.20.00. ПЗ КП Изм Лист № докум. Подпись Дата 20 5. Расчет магнитной цепи Рисунок 5.1 - Магнитная цепь двигателя для одной пары полюсов М1:4. МДС для воздушного зазора. F F 2 0 B K (5.1) 2 0,823 0, 0007 1,343 1231, 68 А 4 107 где коэффициент воздушного зазора: K tZ1 t Z1 1 (5.2) 2 bш b 5 ш (5.3) 2 5,3 0, 7 4,56 5,3 5 0, 7 K 12,5 1,343 ; 12,5 4,56 0, 7 13.03.02.2022.950.20.00. ПЗ КП Изм Лист № докум. Подпись Дата 21 Магнитное напряжение зубцовой зоны статора Fz1 2 hz1 H z1 где (5.4) hz1 hn1 34, 0 мм - расчетная высота зубца статора; H Z 1 1450 А/м- напряженность поля в зубцах статора; Определена по (п 1.10). Fz1 2 0, 034 2700 183, 6 А; B z1 Bz1 B t z1 l bz1 lст1 K c (5.5) 0,823 0, 0125 0, 275 1,80 Тл. 0, 006 0, 275 0,95 Магнитное напряжение зубцовой зоны ротора Fz 2 2 hz 2 H z 2 где (5.6) hz 2 hп 2 0,1 b2 - расчетная высота зубца ротора, м. H Z 2 2220 А/м - напряженность поля в зубцах ротора. Определена по (п 1.10). hz 2 22,5 0,1 4,3 22,1 мм.; Fz 2 2 0, 0221 2220 97,82 А; Bz 2 Bz 2 B t 2 l bz 2 lст 2 K c (5.7) 0,823 0, 0109 0, 275 1, 75 Тл. 0, 005 0, 275 0,95 Коэффициент насыщения зубцовой зоны kz 1 kz 1 Fz1 Fz 2 F (5.8) 183, 6 97,82 1, 23 . 1231, 68 Полученное значение kz лежит в допускаемых пределах: 1,2 k z 1,5 1,6 . 13.03.02.2022.950.20.00. ПЗ КП Изм Лист № докум. Подпись Дата 22 Магнитное напряжения ярма статора Fa La H a (5.9) длина средней магнитной линии ярма статора Da ha La 2 p (5.10) H a 398 А/м2 - напряженность поля в ярме статора. Определена по (п 1.9). Ba Ф 2 ha lст1 K c (5.11) Da D hп1 2 (5.12) Расчетная высота ярма статора ha ha Ba La 0,52 0,382 0, 034 34,9 м; 2 21,64 103 1,19 Тл; 2 0,0349 0, 275 0,95 0,52 0, 034,9 0,1905 м; 8 Fa 0,1905 398 75,82 А. Магнитное напряжение ярма ротора Fj L j H j (5.13) Длина средней магнитной линии потока в ярме ротора Lj Dj hj (5.14) 2p Высота спинки ротора hj hj D2 D j 2 hп 2 (5.15) 380, 6 120, 0 22,5 108, 0 мм; 2 H j 89 А/м- напряженность поля в ярме ротора, определена по (п 1.9). 13.03.02.2022.950.20.00. ПЗ КП Изм Лист № докум. Подпись Дата 23 Lj 120, 0 108, 0 89, 0 мм. 24 Fj 0, 089 89 7,96 А. Bj Ф 2 hj lст 2 K c (5.16) 21,64 103 Bj 0,38 Тл. 2 0,108 0, 275 0,95 Магнитное напряжение магнитной цепи машины (на пару полюсов) Fц F Fz1 Fz 2 Fa F j (5.17) Fц 1231, 68 183, 6 97,82 75,826 7,96 1596,87 А. Коэффициент насыщения магнитной цепи k k Fц F (5.18) 1596,87 1, 296 1231, 68 Намагничивающий ток I I p Fц 0,9 m1 1 K об1 (5.19) 4 1596,87 53, 28 А. 0,9 3 48 0,925 Относительное значение тока намагничивания. I * I * I I1н (5.20) 53, 28 0,31 . 171, 42 Относительное значение тока лежит в рекомендуемых пределах 0,2 – 0,4. 13.03.02.2022.950.20.00. ПЗ КП Изм Лист № докум. Подпись Дата 24 6. Параметры рабочего режима Параметрами асинхронной машины называют активные и индуктивные сопротивления обмоток статора и ротора, а также сопротивление взаимной индуктивности и расчетное сопротивление r12 или r , введением которого учитывается влияние потерь в стали статора на характеристики двигателя. Схема замещения фазы обмотки приведенной асинхронной машины показана на рисунке 6.1. r 1 x I 1 I' 1 x' 2 2 I 12 r' / s 2 U r 1 x 12 12 Рисунок 6.1 - Т-образная схема замещения фазы приведенной асинхронноймашины. Активное сопротивление обмоток статора r K r где L qэф a (6.1) 106 Ом м - удельное сопротивление меди для класса 41 нагревостойкости F; K r 1 - коэффициент увеличения активного сопротивления фазы обмотки от действия эффекта вытеснения тока; Общая длина эффективных проводников фазы обмотки L lср (6.2) lср 2 l п l л (6.3) Средняя длина витка обмотки 13.03.02.2022.950.20.00. ПЗ КП Изм Лист № докум. Подпись Дата 25 lп l1 0, 275 м - длина пазовой части витка. Длина лобовой части витка l л K л bкт 2 B (6.4) lвыл K выл bкт B (6.5) Вылет лобовых частей обмотки Средняя ширина катушки bкт D hn1 2 p 1 (6.6) 1 0,833 - для двухслойной обмотки; B 0,01 м - длина вылета прямолинейной части катушек из паза от торца сердечника до начала отгиба лобовой части (с. 399); K л 1,5 - коэффициент по (т. 9.23); bкт 0,382 0,034 0,833 0,1361 м; 24 lл 1,5 0,1361 2 0, 01 0, 2242 м; lср 2 (0, 275 0, 2242) 0,998 м; L 0,998 48 47,93 м; r 1 106 47,93 0, 034 Ом; 41 2 17, 2 106 Относительное значение активного сопротивления обмоток статора r1* r1 r1* 0, 034 I1н U 1н (6.7) 171, 42 0, 026 . 220 Активное сопротивление обмоток ротора r r2 rc 2 кл2 13.03.02.2022.950.20.00. ПЗ КП Изм Лист № докум. Подпись Дата (6.8) 26 Сопротивление стержня l rc c c K r qc (6.9) Сопротивление участка замыкающего кольца, заключенного между двумя соседними стержнями, Ом; rкл кл Dкл ,ср (6.10) Z 2 qкл lc l2 l1 0, 275 м- полная длина стержня. c кл 10 6 Ом*м - удельное сопротивление алюминия для изоляции 20,5 класса F. K r 1 - коэффициент увеличения активного сопротивления стержня от действия эффекта вытеснения тока; 106 0, 275 rc 1 1,365 104 Ом; 6 20,5 98,3110 106 0,3525 rкл 9,681107 Ом; 6 20,5 110 507,3 10 9,681107 r2 1,365 10 2 1,737 104 Ом; 2 0, 228 4 Приведенное значение активного сопротивления обмоток ротора r2 r2 4 m1 1 K об1 Z2 2 (6.11) 4 3 48 0,925 r2 1, 737 10 0, 037 Ом. 110 2 4 Относительное значение r2* r2 r2 0, 037 I1н U 1н 171, 42 0, 029 . 220 13.03.02.2022.950.20.00. ПЗ КП Изм Лист № докум. Подпись Дата (6.12) 27 Индуктивное сопротивление рассеяния обмотки статора l f w x1 15,8 1 1 п1 л1 д1 100 100 p q 2 (6.13) Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния: п1 h h h2 3 hк K 1 ш K 3 b1 b1 b1 2bш bш (6.14) Коэффициент магнитной проводимости лобового рассеяния:; л1 0,34 q l л 0,64 l (6.15) Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния: д1 t Z1 12 K (6.16) K 0, 906 - коэффициент по (ф. 6-151); h1 0 м; h2 hп.к 2 bиз 30,0 2 0,4 29,2 мм; hк 0,5 (b1 bш ) 0,5 (8,0 5,3) 1,4 мм; l l 0, 275 м; 2 2 K ск K K 2 об1 t z 2 1 ск2 t z1 (1,ф. 9.176, с 407); ск2 0 - коэффициент скоса пазов; Kск 0,875 - коэффициент по (р. 9.51 д); 2 14, 0 2 0,875 0,906 0,925 0,939 ; 12,3 2 п1 29, 2 1 3 1, 4 0,906 0,875 1, 458 ; 3 8, 0 8, 0 2 5,3 5,3 л1 0,34 4 0, 2242 0,64 0,833 0,150 0,713 ; 0, 275 д1 0, 0125 0,939 1, 042 ; 12 0, 0007 1,343 13.03.02.2022.950.20.00. ПЗ КП Изм Лист № докум. Подпись Дата 28 2 50 48 0, 275 x1 15,8 1, 458 0, 713 1, 042 0,101 Ом. 100 100 4 4 Относительное значение индуктивного сопротивления x1* x1 x1* 0,101 I1н U 1н (6.17) 171, 42 0, 078 220 Индуктивное сопротивление рассеяния обмотки ротора x2 7,9 f lб 10 6 п 2 л 2 д 2 (6.18) Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния: h b2 2 b h h' 10 6 1 0,66 ш K д ш 1,12 ш п 2 1 1 3 b1 8 qc 2 b1 bш I2 (6.19) Коэффициент магнитной проводимости лобового рассеяния: л 2 2,3 Dкл ,ср 4,7 Dкл ,ср lg 2 Z 2 l 2 aкл bкл (6.20) Коэффициент магнитной проводимости дифференциального рассеяния: д 2 t2 12 K (6.21) hш 0,3 мм; h0 h1 0, 4 b2 16,7 0, 4 4,3 18, 4 мм; 18, 4 5,32 2 1,5 0,7 0,3 103 106 п 2 1 0,66 1 1,12 2,813 3 5,3 8 98,31 2 5,3 1,5 368,65 2,3 0,3525 4, 7 0,3525 л 2 lg 0, 728 . 2 110 0, 275 0, 228 2 0, 0281 0, 0181 При Z2 / p 8 без заметной погрешности можно принять ξ=1. 2 1 р 1 5 Z 2 Z p 1 Z2 2 1 13.03.02.2022.950.20.00. ПЗ КП Изм Лист № докум. Подпись Дата (6.22) 29 д 2 0, 0109 1 0,964 . 12 0, 0007 1,3432 x2 7,9 50 0, 275 106 2,813 0,728 0,964 489, 4 106 Ом. Приведенное индуктивное сопротивление рассеяния обмотки ротора 4 m 1 K об1 x 2 x 2 Z2 2 (6.23) 4 3 48 0,925 x2 489, 4 10 0,105 Ом. 110 2 6 Относительное значение приведенного индуктивного сопротивления x 2* x 2 x2* 0,105 I 1н U 1н 171, 42 0, 082 . 220 13.03.02.2022.950.20.00. ПЗ КП Изм Лист № докум. Подпись Дата (6.24) 30 7. Расчет потерь Потери в асинхронных машинах подразделяют на потери в стали (основные и добавочные), электрические потери, вентиляционные, механические и добавочные потери при нагрузке. Основные потери в стали рассчитываются только в сердечнике статора, так как частота перемагничивания ротора в режимах, близких к номинальному, очень мала и потери в стали ротора незначительны. Основные потери в стали статора. f Pст.осн p1, 0 K да Ba2 ma K дz Bz21 m z1 50 50 где (7.1) K да , K дz - коэффициенты, учитывающие влияние на потери в стали неравномерности распределения потока по сечениям участка магнитопровода и технологических факторов. K да 1,6 ; K дz 1,8 ; 1,75 Вт/кг- удельные потери в стали по (т. 9.28); p1,0 50 1,5 - показатель степени по (с. 412); Масса стали ярма статора ma Da ha ha lст1 K c c (7.2) c 7,8 103 кг/м3 - удельная масса стали; Масса зубцов статора mz1 hz1 bz1 Z1 lст1 K c c (7.3) ma 0,52 0,0349 0,0349 0, 275 0,95 7800 108,38 кг; mz1 0,034 0,006 96 0, 275 0,95 7800 40,06 кг; 1,5 50 Pст.осн 1, 75 1, 6 1,192 108,38 1,8 1,82 40, 06 836, 04 Вт. 50 13.03.02.2022.950.20.00. ПЗ КП Изм Лист № докум. Подпись Дата 31 Поверхностные потери в роторе Pпов2 pпов2 t Z 2 bш 2 Z 2 lст 2 (7.4) 2 Z n p пов2 0,5 K 02 1 1 B02 t1 10 3 10000 (7.5) B02 02 K B (7.6) 1.5 02 0,35 - коэффициент по (р. 9.53). где B02 0,35 1,343 0,823 0,332 Тл. K 01( 2 ) =1,6 96 750 2 pпов 2 0,5 1, 6 (0,332 0, 0125 1000) 249,35 10000 Pпов 2 249,35 0,0109 0,0015 110 0, 275 70,67 Вт. 1,5 Пульсационные потери в зубцах ротора Bпул 2 Bпул 2 1 Bz 2 2 t2 (7.7) 4,56 0, 0007 1, 75 0, 257 Тл. 2 0, 0109 2 Z n Pпул 2 0,11 1 Bпул 2 m z 2 1000 (7.8) 96 750 Pпул 2 0,11 0, 257 26,59 1000,94 Вт. 1000 2 Масса стали зубцов ротора mz 2 hz 2 bz 2 Z 2 lст 2 K c c (7.9) mz 2 0, 0225 0, 005 110 0, 275 0,95 7,8 103 26,59 кг; Добавочные потери в стали Pст.доб Pпов1 Pпул1 Рпов2 Рпул 2 (7.10) Pст.доб 70,67 1000,94 1071,61 Вт. 13.03.02.2022.950.20.00. ПЗ КП Изм Лист № докум. Подпись Дата 32 Общие потери в стали Pст Pст.осн Pст.доб (7.11) Pст 836,04 1071,61 1907,65 Вт. Механические потери 2 n Pмех kт Da4 10 (7.12) 2 4 750 Рмех 0, 624 0,520 256, 64 Вт 10 Для двигателей с 2р >4 КТ 1,3 1 Da 1,3 1 0,520 0,624 . Ток холостого хода двигателя I х. х I х2. х.а I 2 (7.13) I х. х 3, 722 53, 282 53, 41 А. Активная составляющая тока холостого хода I х. х.а I х . х .а Pст Pм ех Pэл1. х. х m U 1н (7.14) 1907, 65 256, 64 289, 41 3, 72 А 3 220 Электрические потери при холостом ходе двигателя Pэл1. х. х m I 2 r1 (7.15) Pэл1. х. х 3 53, 282 0, 034 289, 41 Вт; Коэффициент мощности при холостом ходе cos х. х cos х. х I х. х.а I х. х 3, 72 0, 07 . 53, 41 13.03.02.2022.950.20.00. ПЗ КП Изм Лист № докум. Подпись Дата (7.16) 33 8. Расчет рабочих характеристик Рабочими характеристиками асинхронных двигателей называют зависимости мощности, тока, коэффициента мощности и КПД от скольжения. Расчет характеристик базируется на системе уравнений токов и напряжений асинхронного двигателя, которому соответствует Г-образная схема замещения. Активное сопротивление взаимной индукции r12 r12 Pст.осн m I 2 (8.1) 836, 04 0, 098 Ом. 3 53, 282 Реактивное сопротивление взаимной индукции. x12 x12 U 1н I x1 I U 1н x1 I (8.2) 220 0,101 4, 028 Ом. 53, 28 r1 x12 r12 x1 r12 (r1 r12 ) x12 ( x1 x12 ) arctg (8.3) 0, 034 4, 028 0, 098 0,101 0, 0076. 0, 098 (0, 034 0,12) 4, 028 (0,101 4, 028) arctg Коэффициент c1 по (1,ф. 9.223, с 419); c1 1 c1 1 х1 х12 (8.4) 0,101 1, 025 4, 028 a ' c 21 (8.5) a ' 1,0252 1,051 a c1 r1 13.03.02.2022.950.20.00. ПЗ КП Изм Лист № докум. Подпись Дата (8.6) 34 a 1, 025 0, 034 0, 0348 b с1 ( х1 с1 х2' ) (8.7) b с1 ( х1 с1 х2' ) 1, 025 (0,101 1, 025 0,105) 0, 214 По (1,ф. 9.226, с 420) I 0 Pст.осн 3 I 2 r 1 (8.8) 3 U н 836, 04 3 53, 282 0, 034 I 0 1, 71 3 220 Потери не изменяющиеся при изменении скольжения PСТ Рмех (8.9) PСТ Рмех 1907,65 256,64 2164, 29 Задаваясь различными значениями скольжения рассчитываются рабочие характеристики асинхронного двигателя. Для удобства анализа результатов, расчет сводится в таблицу 8.1. После построения рабочих характеристик уточняется номинальное скольжение sном 0,0274 . Таблица 8.1 – Рабочие характеристики асинхронного двигателя. № П/ П 1 2 3 Расчетная формула Скольжение s 0,005 0,01 0,015 0,020 0,025 0,030 Sн=0,02 74 R a a'r2 ' / s X b b'r2 ' / s Ом Ом 7,884 3,959 2,651 1,997 1,605 1,343 1,467 0,214 0,214 0,214 0,214 0,214 0,214 0,214 Ом 7,887 3,965 2,66 2,008 1,619 1,36 1,482 4 Z R X I 2" U1 / Z А 27,895 55,484 82,1715 109,54 135,91 161,78 148,43 5 cos R / Z _ 0,9999 0,999 0,997 0,994 0,991 0,88 0,990 6 sin X / Z _ 0,027 0,054 0,08 0,106 0,132 0,157 0,144 7 I1a I 0 a I cos ' 2 А 29,59 57,109 84,153 110,62 136,42 161,48 148,59 8 I1 p I 0 p I sin ' 2 А 54,04 56,27 59,92 64,93 71,21 78,69 74,67 9 I 1 I 12a I 2 1 p А 61,61 80,17 103,31 128,27 153,89 179,63 166,3 10 I c1 I А 28,59 56,87 84,78 112,27 139,30 165,82 152,13 кВт 19,529 37,692 кВт 0,387 0,655 55,541 73,01 90,039 106,576 98,067 1,088 1,677 2,414 2,819 2 2 ' 2 ' 2 " 2 " 2 ' 2 " 2 11 P1 3 U 1 I1a 10 12 Pэ1 3 I r 10 2 1 ' 1 3 3 3,289 13.03.02.2022.950.20.00. ПЗ КП Изм Лист № докум. Подпись Дата 35 Продолжение таблицы 8.1 13 Pэ 2 3 I 2'2 r2' 103 кВт 14 Pдоб 0,005 P1 кВт 15 P Pcт Pм ех Pэ 2 Pэ1 Pэ.щ1 Pдоб 16 17 18 P2 P1 P 1 P / P1 cos I1a / I1 0,092 0,362 0,806 1,413 2,175 3,081 2,594 0,098 0,188 0,278 0,365 0,450 0,533 0,490 2,74 3,37 4,335 5,619 7,203 9,068 8,068 кВт 16,789 34,322 _ 0,860 0,911 51,205 67,391 82,836 97,508 90,0 0,922 0,923 0,920 0,915 0,918 0,815 0,862 0,887 0,898 0,894 кВт _ 0,480 0,712 13.03.02.2022.950.20.00. ПЗ КП Изм Лист № докум. Подпись Дата 36 9. Расчет пусковых характеристик Активное сопротивление обмотки ротора с учетом влияния эффекта вытеснения тока ( расч 115 С , 115 106 Ом м, bc bn ). 20,5 hc hП hш h 'ш (9.1) hc 0,0225 0,0007 0,0003 0,0215 м Приведенная высота стержня 63,61 hc s (9.2) 63, 61 0, 0215 1 1,365 Глубина проникновения тока hr hc 1 (9.3) где 0, 233 - коэффициент по (р. 9.57). hr 21,5 17, 41 мм. 1 0, 233 Коэффициент K r Kr Kr qc qr (9.4) 98,31 1,160 84, 74 Площадь сечения, ограниченного высотой hr qr b12 8 b b b 1 r hr 1 2 2 b b b br b1 1 2 hr 1 h1 2 br 0, 0053 qr 0,00532 8 (9.5) (9.6) 0, 0053 0, 0043 0, 0053 0, 01741 4, 435 мм 0, 0167 2 0,0053 0,004435 0,0053 0,01741 84,74 мм2; 2 2 . 13.03.02.2022.950.20.00. ПЗ КП Изм Лист № докум. Подпись Дата 37 Коэффициент общего увеличения сопротивления фазы ротора r K R 1 c K r 1 r2 (9.7) 1,365 104 KR 1 1,160 1 1,126 . 1,737 104 r2 r2 K R (9.8) r2 0, 037 1,126 0, 042 Ом. Индуктивное сопротивление фазы обмотки ротора с учетом эффекта вытеснения тока x2 х2, K x (9.9) Коэффициент изменения индуктивного сопротивления фазы обмотки ротора от действия эффекта вытеснения тока Kx Kx п 2 л 2 д 2 п 2 л 2 д 2 (9.10) 2, 672 0, 728 0,964 0,9686 2,813 0, 728 0,964 Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния с учетом эффекта вытеснения тока. h b2 2 b 1 0,66 ш (1 К Д ) п 2 0 1 3 b1 8 qc 2 b1 (9.11) Kд 0,902 - коэффициент приведенной высоты 2 0, 0184 0, 00532 0, 0015 (1 0,902) 0,141 ; п 2 1 0, 66 3 0, 0053 8 0, 00009831 2 0, 0053 п 2 П 2 П 2 2,813 0,141 2, 672 ; x2 0,105 0,9686 0,102 Ом. 13.03.02.2022.950.20.00. ПЗ КП Изм Лист № докум. Подпись Дата 38 Пусковые параметры: x12п К х12 (9.12) x12 п 1, 296 4, 028 5, 223 Ом. с1п 1 с1п 1 х1 х12п (9.13) 0,101 1,019 . 5, 223 Расчет токов с учетом влияния эффекта вытеснения тока Rп r 1 Rп 0, 034 c1п r ' 2 (9.14) S 1, 019 0, 042 0, 077 Ом. 1 X п x1 c1п x' 2 (9.15) X п 0,101 1, 019 0,102 0, 204 Ом. I 2 п I 2 п U1н 220 0, 077 2 0, 2042 I1П I '2 П (9.16) Rп2 X п2 1007, 44 А Rп2 Х п х12 п 2 С1П х12 П (9.17) 0,0772 (0, 204 5, 223)2 I1П 1007, 44 1027, 2 1,019 5, 223 13.03.02.2022.950.20.00. ПЗ КП Изм Лист № докум. Подпись Дата 39 Таблица 9.1 – Расчет токов в пусковом режиме с учетом влияния эффекта вытеснения тока. № П/П Расчетная формула Размерность Скольжение s Sкр 1 0,8 0,5 0,2 0,1 0,183 1 63,61 hc s _ 1,221 0,965 0,748 0,611 0,584 2 ( ) 1,365 _ 0,233 0,161 0,077 0,028 0,012 0,010 3 hr hc /(1 ) мм 17,41 18,49 19,92 20,88 21,20 21,24 4 k r qc qr _ 1,160 1,097 1,024 10,981 0,968 0,966 5 1,126 1,076 1,019 0,975 0,973 6 r' K R 1 с k r 1 r2 r2 r2 K R Ом 0,042 0,0402 0,0381 0,0368 0,0364 0,0363 7 k д ' ( ) _ 0,902 0,925 0,961 0,970 0,976 0,977 8 п 2 п 2 п 2 _ 2,705 2,758 2,770 2,778 2,78 9 K x 2 / 2 2,672 _ 0,9686 0,976 0,9877 0,9905 0,9922 0,9926 10 x2 x2 K x Ом 0,102 0,1027 0,1039 0,1042 0,1044 0,1045 11 Rn r1 c1n r1 ' / s Ом 0,077 0,220 0,236 12 X n x1 c1n x2 ' Ом 0,204 0,2052 0,2065 0,2067 0,2069 0,207 13 I 2n ' U1 / Rn2 X n2 А 14 I1n I2n ' R n2 (X n x12n ) 2 /c1n x12n _ 1007,44 0,085 0,112 0,985 0,159 990,2 937,49 843,48 739,24 700,06 А 1027,2 1009,8 956,35 860,68 744,43 714,74 13.03.02.2022.950.20.00. ПЗ КП Изм Лист № докум. Подпись Дата 40 10. Расчет пусковых характеристик с учетом влияния вытеснения тока и насыщения от полей рассеяния. Индуктивные сопротивления обмоток (принимаем kнас 1, 25 ). Fп,ср 0,7 Fп ,ср 0, 7 K нас I1 u п1 Z K K y1 K об1 1 а Z2 (10.1) 1, 25 1027, 2 6 96 1 1 0,925 4431, 63 А. 2 110 Фиктивная индукция потока рассеяния в воздушном зазоре Bф Fп ,ср 106 1, 6 C N (10.2) 4431, 63 106 Bф 3, 714 Тл 1, 6 0, 0007 1, 073 CN 0, 64 2,5 CN 0, 64 2,5 t1 t2 (10.3) 0, 0007 1, 073 0, 0125 0, 0109 По (р. 9.61) находим Кδ=0,620. Дополнительное раскрытие пазов статора c1 t1 bш1 1 К (10.4) c1 (0,0125 0,0053) (1 0,620) 2,738 мм Дополнительное раскрытие пазов ротора c2 t2 bш 2 1 К (10.5) c2 (0, 0109 0, 0015) (1 0, 620) 3,56 мм Уменьшение коэффициента проводимости рассеяния полузакрытого паза статора п1нас hш1 0,58 hк с1 bш1 1,5 bш1 с1 13.03.02.2022.950.20.00. ПЗ КП Изм Лист № докум. Подпись Дата (10.6) 41 п1нас 0, 001 0,58 0, 0014 0, 002738 0, 086 0, 0053 1,5 0, 0053 0, 002738 Уменьшение коэффициента проводимости рассеяния закрытого паза ротора п 2 нас п 2 нас hш 2 с2 bш 2 bш 2 с2 (10.7) 0,0007 0,00356 0,328 0,0015 0,0015 0,00356 Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния для статора п1нас п1 п1нас (10.8) п1нас 1, 458 0, 086 1,372 Коэффициент магнитной проводимости пазового рассеяния для ротора п 2 нас п 2 п 2 нас (10.9) п 2 нас 2, 672 0,328 2,344 Коэффициент проводимости дифференциального рассеяния при насыщении участков зубцов статора д1нас д1 К (10.10) д1нас 1, 042 0, 620 0, 646 Коэффициент проводимости дифференциального рассеяния при насыщении участков зубцов ротора д 2нас д 2 К (10.11) д 2 нас 0,964 0, 620 0,598 Индуктивное сопротивление обмотки статора с учетом насыщения от полей рассеяния x1нас x1 x1нас 0,101 п1нас д1нас л1 п1 д1 л1 1,372 0, 646 0, 713 0, 085 Ом. 1, 458 1, 042 0, 713 13.03.02.2022.950.20.00. ПЗ КП Изм Лист № докум. Подпись Дата (10.12) 42 Приведенное индуктивное сопротивление обмотки ротора с учетом насыщения от полей рассеяния x2 нас x2 x2 нас 0,105 п 2нас д 2 нас л 2 п 2 д 2 л 2 (10.13) 2,344 0,598 0, 728 0, 086 2,813 0,964 0, 728 Коэффициент с1п ,нас x с1п , нас 1 1нас x12 п с1п,нас 1 (10.14) 0, 085 1, 0164 5, 223 Расчет токов и моментов r Rп.нас r1 c1п,нас 2 s Rп.нас 0, 034 1, 0164 (10.15) 0, 042 0, 077 Ом 1 Х п.нас x1нас с1п ,нас x2 нас (10.16) Х п.нас 0,085 1,0164 0,086 0,173 Ток в обмотке ротора I 2 I 2 U1H (10.17) Rп2.нас Х п2.нас 220 0, 077 0,173 2 2 1165, 03 А Ток обмотки статора I1 I 2 Rп2.HAC X п.HAC x12 п 2 c1пнас x12 п (10.18) 0,0662 (0,173 5, 223) 2 I1 1165,03 1184, 27 А 1,0164 5, 223 13.03.02.2022.950.20.00. ПЗ КП Изм Лист № докум. Подпись Дата 43 Относительное значение пускового тока I п* I п* I1 I1н (10.19) 1184, 27 7,122 166,3 Относительное значение пускового момента 2 I s M 2 KR н s I 2н * п (10.20) 2 0,0274 1165,03 M 1,126 1,81 1 152,13 * п Таблица 10.1 – Расчет пусковых характеристик в пусковом режиме с учетом влияния эффекта вытеснения тока и насыщения от полей рассеяния Скольжение s № Расчётные формулы Размерность 1 0,8 0,5 0,2 0,1 sкр= 0,173 1 Ik u Fп.ср 0.7 1 нас п (k ' a Z k у1kоб1 1 ) Z2 A 4461,63 4210,6 3821,6 3229,9 2845,4 2607,7 Тл 3,714 3,505 3,181 2,689 2,369 2,171 2 BФ Fп.ср 106 1.6 СN 3 k f ( BФ ) - 0,620 0,649 0,695 0,764 0,808 0,836 4 сэ1 (tZ 1 bш1 )(1 k ) мм 2,738 2,528 2,201 1,704 1,381 1,181 5 - 1,372 1,377 1,385 1,399 1,408 1,414 - 0,646 0,676 0,724 0,795 0,842 0,871 7 п1нас п1 п1нас д1нас k д1 x1нас х11нас / 1 Ом 0,085 0,087 0,088 0,091 0,093 0,094 8 с1п.нас 1 х1нас / х12 п - 1,0164 1,0166 1,0169 1,0174 1,0177 1,018 9 мм 3,56 3,286 2,861 2,215 1,795 1,536 10 сэ 2 (tZ 2 bш 2 )(1 k ) п 2 нас п 2 п 2 нас - 2,344 2,385 2,452 2,492 2,524 2,544 11 д 2нас k д 2 - 0,598 0,626 0,669 0,736 0,779 0,806 12 x '2 нас x '2 2 нас / 2 Ом 0,086 0,087 0,090 0,092 0,094 0,095 13 Rп.нас r1 c1п.нас r '2 / s Ом 0,077 0,085 0,111 0,159 0,219 0,236 14 X п.нас x1нас с1п.нас х '2 нас Ом 0,173 0,175 0,180 0,185 0,189 0,191 15 I '2нас U1 / Rп2.нас Х п2.нас А 1165,03 1128,9 1040,5 902,47 760,8 724,6 6 13.03.02.2022.950.20.00. ПЗ КП Изм Лист № докум. Подпись Дата 44 Продолжение таблицы 10.1 I1нас I '2 нас 16 17 Rп2.нас ( Х п.нас х12 п ) 2 А 1184,27 1148,02 1058,7 918,84 775,15 738,48 - 7,122 6,904 6,366 5,525 4,661 4,441 - 1,81 2,03 2,61 3,17 3,34 3,31 с1п.нас х12 п I1 I1нас / I1 2 18 I' s M 2 нас K R ном s I '2 ном 13.03.02.2022.950.20.00. ПЗ КП Изм Лист № докум. Подпись Дата 45 11. Тепловой расчет Электрические потери в пазовой части обмотки статора Pэл ,п1 K Pэл1 Pэл ,п1 1,07 2819 Pэл , л1 1,07 2819 2 l1 l ср1 (11.1) 2 0, 275 1661,58 Вт 0,998 2 0, 2242 1354,76 Вт 0,998 K 1,07 - коэффициент увеличения потерь для класса изоляции F находим по (с 449). Превышение температуры внутри поверхности сердечника статора над температурой воздуха внутри машины. пов1 K Pэл .п1 Pст.осн D l1 1 (11.2) K 0, 76 - коэффициент, учитывающий, что часть потерь в сердечнике статора и в пазовой части обмотки передается через станину непосредственно в окружающую среду. 1 95 Bm 2 град С- коэффициент теплоотдачи с поверхности по (р. 9.68); пов1 0,76 1661,58 836,04 60,51 0,382 0, 275 95 . Перепад температуры в изоляции пазовой части обмотки статора. изм,п1 Пп1 2 h п bп - Pэл,п1 b из1 Z1 П п1 l1 экв расчетный периметр поперечного (11.3) сечения пазастатора, м. Пп1 2 0,034 0,008 0,084 м. 13.03.02.2022.950.20.00. ПЗ КП Изм Лист № докум. Подпись Дата 46 экв 0,16 Bm м2 - средняя эквивалентная теплопроводность пазовой изоляции. 1,1 экв Bm м2 - средняя теплопроводность внутренней изоляции катушек по (р. 9.69) . изм,п1 1661,58 0, 0004 1,87 96 0, 084 0, 275 0,16 . Перепад температуры по толщине изоляции лобовых частей изм, л1 Pэл , л1 b hп1 из. л1 2 Z1 П л1 l л1 экв 12 экв (11.4) П л1 Пп1 0, 084 м - периметр условной поверхности охлаждения где лобовой части одной катушки. изм, л1 1354,76 0,0004 0,034 0,84 2 96 0,084 0, 2242 0,16 12 1,1 . Превышение температуры обмотки наружной поверхности лобовых частей над температурой воздуха внутри двигателя пов. л1 пов. л1 К Pэл . л1 2 D lвыл 1 (11.5) 0, 76 1354, 76 57,81 2 0,382 0, 078 95 Среднее превышение температуры обмотки статора над температурой воздуха внутри двигателя 1 1 пов1 из,п1 2 l1 из, л1 пов1, л1 2 l л1 60,51 1,87 2 0, 275 0,84 57,81 2 0, 2242 66,67 0,998 13.03.02.2022.950.20.00. ПЗ КП Изм Лист № докум. Подпись Дата (11.6) l ср1 . 47 Превышение температуры воздуха внутри машины над температурой окружающей среды в Pв S кор в (11.7) Pв P ' 1 K Рэ' . п1 Рст.осн - сумма потерь, отводимых в воздух внутри двигателя, Вт. P P K 1 Pэл1 Pэл 2 (11.8) P 8068 (1, 07 1) (2819 2594) 8446, 4 Вт. Pв 8446, 4 (1 0, 76) (1661,58 836, 04) 7847, 0 Вт. Sкор Da 8 П р lст1 2lвыл - эквивалентная площадь охлаждения корпуса, м2. П р 0, 480 м - условный периметр поперечного сечения ребер станины, по (р. 9.70). в 580 Вт/м2*0С - коэффициент подогрева воздуха, по (1,р. 9.68, с 450). Sкор 0,520 8 0, 480 0, 275 2 0,078 2,360 м2; в 7847, 0 5, 73 2,360 580 . Среднее превышение температуры обмотки статора над температурой окружающей среды 1 1 в 1 66, 67 5, 73 72, 40 (11.9) . Требуемый расход воздуха для охлаждения Р Q ' в в Qв 1100 в 7847, 0 0, 622 м3/с. 1100 2 5, 73 13.03.02.2022.950.20.00. ПЗ КП Изм Лист № докум. Подпись Дата (11.10) 48 Расход воздуха, при данных размерах двигателя Qв' 0,6 Da3 Qв' 0,6 0,5203 n 100 (11.11) 750 0,633 м3/с. 100 Нагрев двигателя находится в допустимых пределах. Вентилятор обеспечивает необходимый расход воздуха. 13.03.02.2022.950.20.00. ПЗ КП Изм Лист № докум. Подпись Дата 49 ЗАКЛЮЧЕНИЕ В данном курсовом проекте был спроектирован трехфазный асинхронный электрический двигатель 4АН280М8, которая имеет энергетические показатели максимально приближены к заданным. Показатели Заданные Полученные Сравнение показатели показатели показателей ,% 92,5 91,8 92,5>91,8 cos() 0,86 0,894 0,86<0,894 Mпер/Mn 1,20 1,81 1,20<1,81 P2 90 90 90=90 Были также достигнуты следующие результаты: а) Нагрев частей двигателя находится в допустимых пределах (см п. 11); б) Вентиляционные лопатки обеспечивают необходимый расход воздуха (см п. 11) ; в) Спроектированный двигатель отвечает поставленным в техническом задании требованиям. Курсовой проект содержит разделы, включающие, выбор главных размеров двигателя, выбор определение электромагнитных параметров асинхронной нагрузок, расчет магнитной машины, коэффициента цепи, полезного действия, расчет рабочих и пусковых характеристик, нагрев обмоток, расход воздуха, тепловой расчет. Спроектированный электрический двигатель отвечает поставленным в техническом задании требованиям. Технические показатели данного двигателя выше показателей своего аналога, нагрев обмоток двигателя находится в допустимых пределах. Расход воздуха, обеспечиваемый наружным вентилятором, больше требуемого для охлаждения. При выполнении данного курсового проекта были получены навыки, которые пригодятся при дальнейшей профессиональной деятельности на производстве и в промышленности. 13.03.02.2022.950.20.00. ПЗ КП Изм Лист № докум. Подпись Дата 50 БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 1 Проектирование электрических машин: Учебное пособие для вузов \ И. П. Копылов, Ф. А. Ф. А. Горяинов, Б. К. Клоков и др. ; Под редакцией И. П. Копылова. М.: Энергия, 1980. – 496с., ил. 2 П. С. Дунаев, О. П. Леликов: Конструирование узлов и деталей машин: Учебное пособие для вузов. – 5 –издание – М.: Высшая школа, 1998. – 447с., ил. 3 Шпаннеберг Х. Электрические машины: 1000 понятий для практиков: Справочник: Пер. с. нем. – М.: Энергоатомоиздат, 1998. – 252с.: ил. 4 Асинхронные двигатели серии 4A: Справочник / А. Э. Кравчик М. М. Шпав В. И. Афонин и др. – М.: Энергоиздат, 1982. 504с. 5 Проектирование электрических машин: Учебное пособие для вузов. В 2х кн. И. П. Копылов, Б. К. Клопов, Б. Ф. Токарев и др.; Под ред. И. П. Копылов. – 2-е издание., перераб. и доп. – М.: Энергоатомоиздат, 1993. 6 Вигриянов П. Г., Воронин С. Г.: Расчет характеристик электрических машин: Учебное пособие к курсовому проектированию. Челябинск: ЧПИ, 1986. - 42с 13.03.02.2022.950.20.00. ПЗ КП Изм Лист № докум. Подпись Дата 51
